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浅谈脱硫塔填料选型

来源:包头市蒙泰锅炉有限公司官网 | 发布时间:2017/3/20 | 浏览次数:

1、前言(技术背景)

脱硫技术分为干法脱硫和湿法脱硫两大类,由于干法脱硫(氧化铁、活性炭等)硫容低、更换频繁和净化度不高等缺点,故在我们氮肥企业现在都一般采用的是湿法脱硫,而湿法脱硫又可分为低温甲醇洗和湿式氧化法脱硫技术。据了解,目前只有少数大化企业采用低温甲醇洗技术脱硫,而大多数中、小氮肥企业均采用碱液湿式氧化法脱硫技术,这种技术工艺简单,操作方便在我们中、小氮肥企业得到广泛使用。

但是,在湿式氧化法脱硫过程中,脱硫塔的塔堵问题一直是行业的一大难题。脱硫塔的堵塞轻则造成系统减量生产,重则停车扒塔清洗、更换填料,直接影响到企业的经济效益。而为了进一步降低生产成本,许多企业都选用硫化氢含量较高但价格相对低廉的原料煤。这就对脱硫工艺的合理性、脱硫塔的内件构造、填料的选择等提出了更高的要求。本文着重从填料的传质效率及抗堵能力方面分析、探讨脱硫塔内填料的选型。

2、填料类型及优缺点:

(1)、散堆填料:散堆填料有很多种,主要包括:阶梯环、鲍尔环、海尔环、泰勒花环、矩鞍环、新星环、拉西环等。散堆填料因在塔内呈不规则堆放,刚刚投入使用时气、液湍动性能好,气、液接触比较充分,填料传质效果好。但使用一段时间后填料容易堵塞的缺点会逐渐显现,特别是在工艺环境较差的工况下,填料板片因呈不同夹角相互交错,填料板片上容易沉积硫膏、污垢,造成气液偏流,形成填料干区,导致塔内填料堵塞,影响系统正常稳定运行。

(2)、孔板波纹规整填料:孔板波纹规整填料因波纹板片呈45°和30°角度倾斜规整,气、液通过填料时,气、液接触比较充分,刚刚使用时传质效果较好,但使用一段时间后填料会逐渐沉积硫膏、污垢,在脱硫塔内很快会出现填料堵塞,造成液体偏流,影响脱硫效率。目前,只有极少数使用优质低硫煤的企业使用孔板波纹填料。

(3)、塑料格栅填料:塑料格栅填料因板片全部垂直塔横截面,填料板片在液体冲刷下不易附着硫膏,抗堵能力强,但格栅填料是采用4mm厚的板片用定位管和钢筋固定,填料自身重量较大,一般为200—300kg/m3,且稳定性能不强,容易造成塔内下部填料不堪重负而垮塌,像百叶窗一样关闭塔内气、液通道,致使气、液流通不畅,只有停车处理。加之,格栅填料板片较厚,在塔内占用有效空间较大,填料比表面积一般不能超过85m2/m3,传质效果不太理想。如果要加大比表面积,就必须增加板片密度,这样又容易造成填料堵塞。

(4)、金属六边形格栅填料:金属六边形格栅填料是用0.2mm不锈钢薄片规整成形,填料连接是点焊固定,填料板片全部垂直向下,填料空隙率大、抗堵能力强,比表面积大的填料也不容易堵塞,气、液传质效果好,但六边形格栅填料是采用板片规整,有三分之一的重叠板片,板片利用率低,填料成本较高,而且填料是点焊连接,填料稳定性能不高,一旦拆卸就会散架变形。

(5)、金属三角形正波规整填料:金属三角形正波规整填料同样是用0.2mm不锈钢薄片规整成形,填料每个单元是三角形构成,稳定性能好,填料板片全部垂直向下,空隙率大、抗堵能力强;比表面积大的填料也不容易堵塞,气、液传质效果好,填料结构不会出现板片重叠部分,填料板片利用率高。但缺点是板片之间为点焊连接固定,不易拆卸重复使用。

(6)、一次性注塑成形填料(注塑三角形、注塑六边形填料)

a、注塑三角形填料:填料板片厚度为2mm左右,抗压试验填料可承载13t/m2压力不变形,填料所有板片垂直向下,与塔内的气流、液流平行,塔内通气量大、助力小,由于填料为一次注塑成形,且每个单元为三角形结构组成,填料稳定性能好,防堵能力强、不变形、不倒伏、不散架、耐腐蚀,使用周期长,便于拆卸清洗,能重复使用。

b、注塑六边形填料(塑料环集成块填料):由两层若干个六边形塑料环相互连接构成,材质为增强聚丙烯,填料板片为2mm左右,抗压试验填料可承载15t/m2压力不变形,填料板片全部垂直向下,通气能力强、助力小、不易堵塞,填料为两层结构集成,破气、破液能力强,气、液传质效果好,填料为一次性注塑成形,稳定性能好、不倒伏、不散架、耐腐蚀,使用周期长,便于拆卸清洗,重复使用。

3、一次性注塑成块填料优点:

根据以上对各种类型填料的介绍和分析,我们不难看出一次性注塑成块填料在脱硫塔内应用要比其他填料具有很多的优点:

(1)、与散堆填料相比:一次性注塑填料因板片全部垂直向下,其传质效果与相同比表面积的散堆填料相比较,在刚刚投入使用时传质效率不如散堆填料,但随着时间的推移,一次性注塑成形填料能保持原来的传质效率,****的优点的抗堵能力强,不易堵塞,能长周期保证系统稳定运行。

(2)、与孔板波纹填料相比:一次性注塑成形填料抗堵能力要远远大于孔板波纹规整填料。

(3)、与塑料格栅填料相比:一次性注塑成形填料板片只有2mm左右,又没有钢筋固定,其重量只是格栅填料的三分之一,加之填料是一次性注塑成形,稳定性能好,抗压强度高,不会垮塌、倒伏,而且填料可以根据工艺需要能达到150m2/m3不会堵塞。

(4)、与金属格栅填料相比:一次性注塑成形填料既具有金属格栅填料抗堵能力的优点,又不存在板片重叠面问题,也不会出现拆卸变形的问题。

4、脱硫塔填料选型及服务经验:

一次性注塑成块填料稳定性能好,抗堵能力强,比表面积大,传质效果好,适合在脱硫塔内使用,这里可以从我公司多年来的服务经验得到验证:

我们公司于2005年开发出三角形正波规整填料后,至今已在50余家化肥厂推广使用,其中2007年以前投入使用的河北凯跃化工集团φ5000半脱塔,华昌化工股份有限公司三期工程φ3600半脱塔,河南沁阳龙旺化工有限公司φ3800半脱塔,湖北新生源生物有限公司φ3400半脱塔、φ2400变脱塔,晋煤银海化肥有限公司φ3600半脱塔、φ4800半脱塔等至今使用4年以上运行良好,从来没有出现过堵塔现象。当然,也有少数用户使用一段时间后发现塔内助力上升的情况,但是经停车检查均不是填料本身问题引起的堵塞。如晋煤金楚化工有限公司φ4000半脱塔使用一年后发现塔内助力由6mmHg上升到20mmHg,经检查上段填料压栅被吹翻,经处理后恢复正常;再如河北凯跃化工集团二级φ5000半脱塔,使用两年发现塔内助力由8mmHg上升到20mmHg,经检查填料非常干净,分布器没有问题,****发现气体分布器支管通气孔被硫膏堵塞,经在主管上开口处理脱硫塔恢复正常运行。也有个别企业在发现异常情况后没有准确判断处理事故,而是做扒塔处理。由于金属规整填料是由薄片点焊连接,拆卸后散架变形,基本无法重复使用。

针对金属规整填料拆卸后散架、变形的问题,为了改进填料品质,我公司归纳各种填料的优点,又开发了几款一次性注塑成块填料,并获得了****专利,其产品有:三角形一次性注塑成块填料、六边形一次性注塑成块填料,新产品结构与金属三角形正波规整填料相同,而稳定性要好于金属填料。

目前,新产品已在湖北三宁φ6000半脱塔、φ4000变脱塔,三宁田田化工φ4400半脱塔,湖北当阳华强φ6000半脱塔投入使用,效果良好。

这里我具体介绍一下投入使用**早的三宁田田化工φ4400半脱塔填料使用情况:

(1)、工艺条件: 塔径:φ4400,气量:40000Nm3/h循环量:1000Nm3/h,入口H2S含量 :3000—5000mg/Nm3,出口H2S含量:≤100mg/Nm3。

(2)、填料选型:比表面积90m2/m3三角形注塑填料,填料高度:15m,

比表面积120m2/m3六边形注塑填料,填料高度:4m。

(3)、运行状况:入口H2S为3000mg时出口H2S为40mg,入口H2S为5000mg时出口H2S为100mg 。

5、建议使用填料比表面积及考虑因素:

(1)、半脱塔:下段、中段选用90m2/m3一次性注塑填料,上段选用120m2/m3一次性注塑填料。应考虑的因素:半脱塔比表面积与气量比一般为1:1.5—2.5,填料高度为15—20m,喷淋密度>50m3/m2h ,  气液接触时间为20—30秒,溶液硫溶根据入口硫大小一般取0.1—0.2克/升,入口硫高时气相、液相推动力较强,可取较大数值,入口硫低时则相反。

(2)、变脱塔:下段、中段选用120m2/m3一次性注塑填料,上段选用150m2/m3一次性注塑填料。考虑因素:变脱塔比表面积与气量比一般为1: 2。5—4。5,压力等级高时可取大比例数值,压力等级低时取较小数值,填料高度15—20m,喷淋密度>50m3/m2h ,  气液接触时间为75—150秒,溶液硫溶<0。02—0,05克/升。

6、结束语

从填料结构和实际运用情况可以看出,一次性注塑成块填料在脱硫塔内使用能对系统阻力和脱硫效率取得良好的平衡,既能保证脱硫效率满足工艺需求,又可以保证较低的系统阻力,从而保证生产长周期稳定运行。建议使用原料煤H2S含量较高和脱硫塔容易堵塞的企业能够参考、借鉴。




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